CN105051559B - 二次电池的充电状态推断装置以及二次电池的充电状态推断方法 - Google Patents

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Abstract

充电状态推断装置(10)具备：获取二次电池2的充放电电流值和端子间电压值的电流值电压值获取部(13)；针对在时间t获取的充放电电流值，计算电流合成值的电流合成值计算部(14)；和将电流合成值为预定的阈值范围内的时间t＝T设定为用于充电状态推断的推断用时间的推断用时间设定部(15)。此外，还具备：基于推断用时间T和其之前的取样时间(T‑n)时的二次电池2的端子间电压值和充放电电流值，推断二次电池2的内部电阻值R的内部电阻推断部(16)；基于推断用时间T时的二次电池2的端子间电压值V(T)和内部电阻值R，推断二次电池的开路电压值Voc、充电状态值SOC的充电状态推断部(17)。

Description

二次电池的充电状态推断装置以及二次电池的充电状态推断 方法
技术领域
本发明涉及对在短时间内反复充放电的二次电池的充电状态进行推断的充电状态推断装置以及充电状态推断方法。
背景技术
为了二次电池不变成过放电、过充电，进行其充电状态值即SOC(State ofCharge，充电状态)的推断。作为SOC的推断，使用对针对二次电池的充电电流值和放电电流值时时刻刻进行积分的电流累计法。除此以外，专利文献1中公开了如下内容：作为二次电池的充电状态推断装置，按照内部电阻与电流之积恒定的方式，在内部电阻低的高温时提高限制电流的条件下，将限制电流以下的充放电电流时视为二次电池的稳定状态，将稳定状态时的端子间电压视为开路电压OCV。
此外，在专利文献2中说明了考虑了具有二次电池的电流-电压特性大的磁滞(Hysteresis)和伴随着恶化而内部电阻变大的电池充电状态的推断单元以及电池恶化推断方法。这里，将通过电流累计法来推断出的SOC设为虚拟SOC，将与其对应的推断OCV设为Voc，针对该Voc，将考虑了磁滞的动态电压变动成分Vdyn和基于内部电阻的电压成分Vr相加，计算(Voc+Vdyn+Vr)，对与其对应的SOC校正虚拟SOC。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-215151号公报
专利文献2：国际公开WO99/61929号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
在车辆搭载用的二次电池、用于辅助服务(ancillary service)的二次电池中，在短时间内反复充放电。希望在这种情况下，也准确地推断二次电池的充电状态。
-解决课题的手段-
本发明所涉及的二次电池的充电状态推断装置推断在短时间内反复充放电的二次电池的充电状态值SOC，具备：电流值电压值获取部，其在预定的取样间隔的时间获取二次电池的充放电电流值以及端子间电压值；电流合成值计算部，其针对在时间t获取的充放电电流值I(t)，通过预定的电流合成方法，计算反映时间t之前的充放电状态的电流合成值Iw(t)；推断用时间设定部，其将电流合成值Iw(t)为预定的阈值范围内的时间t＝T设定为用于充电状态推断的推断用时间；内部电阻推断部，其基于推断用时间T内的二次电池的端子间电压值V(T)以及充放电电流值I(T)、推断用时间T之前的取样时间(T-n)内的二次电池的端子间电压值V(T-n)以及充放电电流值I(T-n)，推断二次电池的内部电阻值R；和充电状态推断部，其基于推断用时间T内的二次电池的端子间电压值V(T)以及内部电阻值R，推断二次电池的开路电压值Voc，基于预先求出的表示开路电压值Voc与充电状态值SOC之间的关系的Voc-SOC关系，推断二次电池的充电状态值SOC。
此外，本发明所涉及的二次电池的充电状态推断方法推断在短时间内反复充放电的二次电池的充电状态值SOC，其中，在预定的取样间隔的时间获取二次电池的充放电电流值以及端子间电压值，针对在时间t获取的充放电电流值I(t)，通过预定的电流合成方法，计算反映时间t之前的充放电状态的电流合成值Iw(t)，将电流合成值Iw(t)为预定的阈值范围内的时间t＝T设定为用于充电状态推断的推断用时间，基于推断用时间T内的二次电池的端子间电压值V(T)以及充放电电流值I(T)、将n设为1以上的自然数的推断用时间T之前的取样时间(T-n)内的二次电池的端子间电压值V(T-n)以及充放电电流值I(T-n)，推断二次电池的内部电阻值R，基于推断用时间T内的二次电池的端子间电压值V(T)以及内部电阻值R，推断二次电池的开路电压值Voc，基于预先求出的表示开路电压值Voc与充电状态值SOC之间的关系的Voc-SOC关系，推断二次电池的充电状态值SOC。
-发明效果-
根据上述结构，使用反映了到此为止的充放电状态的电流合成值，基于电流合成值为阈值范围内的值时的二次电池的端子间电压来推断SOC。由此，即使在短时间内电流值变化的情况、反复充放电的情况下，也能够准确地推断二次电池的充电状态。
附图说明
图1是使用了本发明所涉及的实施方式的一个例子的充电状态推断装置的二次电池的充放电***的结构图。
图2是表示本发明所涉及的实施方式的一个例子的充电状态推断方法的顺序的流程图。
图3是表示在本发明所涉及的实施方式的一个例子的充电状态推断装置以及方法中，电流合成值计算的例子的图。
图4是表示在用于本发明所涉及的实施方式的一个例子的充电状态推断装置以及方法的Voc-SOC关系中，基于合成系数的Voc推断值的误差的图。
图5是表示在本发明所涉及的实施方式的一个例子的充电状态推断装置以及方法中，将合成系数设为1/2时的Voc推断值的误差的图。
图6是表示在本发明所涉及的实施方式的一个例子的充电状态推断装置以及方法中，将合成系数设为1/32时的Voc推断值的误差的图。
图7是表示在本发明所涉及的实施方式的一个例子的充电状态推断装置以及方法中，将合成系数设为1/64时的Voc推断值的误差的图。
图8是表示在本发明所涉及的实施方式的一个例子的充电状态推断装置以及方法中，将合成系数设为1/128时的Voc推断值的误差的图。
具体实施方式
以下使用附图，来详细说明本发明所涉及的实施方式的一个例子。以下所述的取样间隔、合成系数、充放电电流值、端子间电压值、Voc-SOC关系等是用于说明的示例，能够根据二次电池以及充电状态推断装置的规格而适当地变更。以下，在所有附图中，给对应的要素付与相同的符号，省略重复的说明。
图1是二次电池的充放电***1的结构图。该充放电***1构成为包含：二次电池2；检测针对二次电池2的充放电电流值的电流检测部3；检测二次电池2的端子间电压值的电压检测部4；控制二次电池2的充放电的充放电控制部5；与充放电控制部5连接的充电电源6；放电负载7；和推断二次电池2的充电状态的充电状态推断装置10。
二次电池2是将能够充放电的多个单位电池组合而成的电池模块。作为该二次电池2，使用将多个锂离子单位电池串联以及并联连接而成的电池模块。锂离子单位电池的端子间电压具有3.0至4.0V，容量具有2.9Ah。例如，在将100个该锂离子单电池串联连接而成的二次电池2的情况下，具有大约300V至大约400V的端子间电压。进一步将其并联连接10组的电池模块的容量具有29Ah。这是用于说明的示例，也可以是除此以外的特性值。此外，作为二次电池2，也可以使用将镍氢单位电池组合而成的电池模块、将碱性单电池组合而成的电池模块、将铅蓄电池组合而成的电池模块等。
电流检测部3是分别检测从充电电源6向二次电池2输入的充电电流、从二次电池2向放电负载7输出的放电电流的电流检测单元。作为电流检测部3，能够使用适当的电流计。对于电流检测部3检测出的充放电电流值，将充电电流值设为正的电流值，将放电电流值设为负的电流值，通过适当的信号线而被传送给充电状态推断装置10。
电压检测部4是检测二次电池2的端子间电压的电压检测单元。作为电压检测部4，能够使用适当的电压计。电压检测部4分别检测出的端子间电压值通过适当的信号线而被传送给充电状态推断装置10。
充放电控制部5是根据充电电源6和放电负载7的要求，对二次电池2进行充放电控制的控制装置。在充放电控制部5中，由于时时刻刻从充电状态推断装置10传送二次电池2的充电状态值SOC等，因此进行二次电池2的充放电控制，以使得基于其充电状态值SOC等，二次电池2不变成过放电、过充电。例如，进行如下控制：在二次电池2的充电状态值SOC降低而可能成为过放电时，将充电电源6与二次电池2连接，相反地，在二次电池2的充电状态值SOC上升而成为过充电时，将放电负载7与二次电池2连接。这里，充放电控制部5根据充电电源6和放电负载7的要求，对二次电池2执行在短时间内反复充放电的控制。
作为一个例子，在充放电***1被用于辅助服务的情况下，被设置在图1的外部并控制辅助服务的***控制装置对电力传输分配网络的负载变动(即，电力的需求变动)进行检测，将用于维持电力传输分配网络整体的供需平衡的指示分配给充放电控制部5。然后，从充放电控制部5向充电电源6和二次电池2发出指示，进行充放电。该指示为了维持供需平衡而被时时刻刻进行。例如，以1s为单位来分配指示。
作为其他的例子，在二次电池2被搭载于车辆并经由逆变器电路等驱动电路来与旋转电机连接的情况下，旋转电机具有作为放电负载7的电动机的功能和作为充电电源的发电机的功能。因此，根据车辆的行驶状态，旋转电机有作为放电负载7的时候，也有相反地作为充电电源6的时候，根据车辆的运行状态，通过充放电控制部5而在短时间被反复执行。
这样，充放电控制部5根据充电电源6和放电负载7的要求，对二次电池2执行在短时间内反复充放电控制的控制。
充电电源6由工业电源和AC/DC变换器构成。也可以取代工业电源，或者与工业电源一起，将太阳能电池用作为发电装置。此时，在太阳能电池连接有DC/DC变换器的部件成为充电电源6。此外，在搭载于车辆的旋转电机作为发电机而起作用时，旋转电机成为充电电源6。
放电负载7由三相同步型的旋转电机和DC/AC变换器构成。也可以取代三相同步型的旋转电机，或者与三相同步型的旋转电机一起，将电灯负载等用作为负载装置。在电灯负载是直流电灯时，在直流电灯连接有DC/DC变换器的部件成为放电负载7。
充电状态推断装置10基于传送来的电流检测部3的检测值和电压检测部4的检测值，推断二次电池2的充电状态值SOC和电池状态值SOH。这里，对应于充放电控制部5对二次电池2进行在短时间内反复充放电的控制，即使在该充放电控制进行的中间，也准确地推断二次电池2的充电状态值SOC。
图1中表示电流检测部3所检测的充放电电流波形11和电压检测部4所检测的端子间电压波形12。均对应于充放电控制部5所进行的在短时间内被反复的充放电控制，波形在短时间内变动。若将充放电电流波形11与端子间电压波形12比较，则前者反映充放电控制部5根据电流指令值的变更来进行充放电控制，为方形波，后者由于存在二次电池2的缓和时间特性，则为方形波的前端变形了的波形。
充电状态推断装置10具备：电流值电压值获取部13，其获取二次电池2的充放电电流值和端子间电压值；电流合成值计算部14，其针对在时间t获取的充放电电流值I(t)，通过预定的电流合成方法，计算电流合成值Iw(t)；和推断用时间设定部15，其将电流合成值Iw(t)为预定的阈值范围内的时间t＝T设为用于充电状态推断的推断用时间。
并且，具备：内部电阻推断部16，其基于推断用时间T时的二次电池2的端子间电压值V(T)、充放电电流值I(T)、将n设为1以上的自然数的推断用时间T之前的取样时间(T-n)内的二次电池2的端子间电压值V(T-n)和充放电电流值I(T-n)，来推断二次电池2的内部电阻值R；和充电状态推断部17，其基于推断用时间T内的二次电池2的端子间电压值V(T)和内部电阻值R，推断二次电池的开路电压值Voc，基于预先求出的表示开路电压值Voc与充电状态值SOC之间的关系的Voc-SOC关系，推断二次电池的充电状态值SOC。
此外，充电状态推断装置10具备：电流累计部18，其对检测出的电流值进行累计来计算累计电流量；和电池状态推断部19，其使用多个SOC推断结果和在进行SOC推断的定时得到的电流累计值来推断电池状态SOH(State of Health，健康状态)。充电状态值SOC＝100％的满充电容量是通过二次电池2的运用状态而变化的。SOH是为了与其区别而使用的。SOH＝100％是二次电池2的初始状态下的满充电容量的状态。
该功能能够通过充电状态推断装置10执行软件来实现。具体来讲，能够通过充电状态推断装置10执行充电状态推断程序来实现这些功能。也可以将这些功能的一部分设为通过硬件来实现。
使用图2至图4来详细说明上述结构的作用、特别是充电状态推断装置10的各功能。图2是表示充电状态推断方法的顺序的流程图。图3是表示电流合成值的计算的例子的图。图4是使用Voc-SOC关系来表示基于合成系数的Voc推断值的误差的图。
图2的流程图是表示充电状态推断方法的各顺序的图，各顺序与充电状态推断程序的各处理顺序相对应。若充电状态推断程序开始运行，则在预定的取样间隔的各时间t，获取二次电池2的充放电电流值I(t)和端子间电压值V(t)(S1)。该处理是通过充电状态推断装置10的电流值电压值获取部13的功能来执行的。
接下来，针对在时间t获取的充放电电流值I(t)，通过预定的电流合成方法，计算反映时间t之前的充放电状态的电流合成值Iw(t)(S2)。该处理是通过充电状态推断装置10的电流合成值计算部14的功能来执行的。
电流合成值Iw(t)是反映时间t之前的充放电状态的值即可。作为一个例子，能够将时间t之前的充放电电流值的简单平均值设为电流合成值Iw(t)。作为其他的例子，能够将在时间t之前的多个充放电电流值之间进行了加权的加权平均值设为电流合成值Iw(t)。进一步地，能够将在时间t及其之前的充放电电流值之间进行加权后将其分别相加得到的加权加法值设为电流合成值Iw(t)。
这里，使用式(1)所示的电流合成值Iw(t)来作为基于取0到1之间的值的合成系数α的加权加法值。
【式1】
Iw(t)＝αI(t)+(1-α)Iw(t-1)····(1)
图3是表示针对在时间t获取的充放电电流值I(t)的电流合成值Iw(t)的计算的图。图3(a)是在横轴取时间，在纵轴取时间t时的充放电电流值I(t)的图。纵轴的单位是安培(A)。这里，将获取充放电电流值I(t)的取样间隔设为1s。将时间轴的原点设为t(0)，从t(0)起1s后是t(1)，2s后是t(2)，若以下一般性地表示，则is后是t(i)。
作为充放电电流值I(t)，每隔2s进行+2A的充电，在充电期间每隔2s使放电电流值按照-4A、-5A、-6A逐渐增加。充放电电流值的符号是，将充电侧设为+(正)，将放电侧设为-(负)。图3(a)是用于电流合成值Iw(t)的计算的说明的一个例子，也可以是进行除此以外的变化的充放电电流值I(t)。
图3(b)是在横轴取与图3(a)相同的时间，在纵轴取在将合成系数α设为1/2、将充放电电流值I(t)设为图3(a)时，根据式(1)来计算出的电流合成值Iw(t)的图。纵轴的单位是安培(A)。这里，设为t(0)时的Iw(0)＝2(A)。如图3(b)所示，若使充放电电流值I(t)按照图3(a)那样使放电电流值逐渐增加，则Iw(t)从初始值Iw(0)＝2(A)起±变动并逐渐变成较小的值，在时间t(5)，Iw(5)＝-0.125(A)。
图3(c)是在横轴取与图3(a)相同的时间，在纵轴取将合成系数α设为1/32，将充放电电流值I(t)设为图3(a)时，根据式(1)来计算出的电流合成值Iw(t)的图。纵轴的单位是安培(A)。这里，设为t(0)时的Iw(0)＝2(A)。如图3(c)所示，若使充放电电流值I(t)按照图3(a)那样使放电电流值逐渐增加，则Iw(t)从初始值Iw(0)＝2(A)起渐渐变成较小的值，在时间t(16)，Iw(5)＝+0.01(A)。
由于二次电池2是通过电化学反应来产生电动势和电流的，因此认为时间t内的充放电电流值I(t)、端子间电压值V(t)为接替了时间t以前的电化学反应的历史记录的值。因此，从产生电化学反应起到经过了适当的时间为止，二次电池2的充电状态都是不稳定的。换句话说，在电流值的变化、短时间反复充放电的情况下，难以设定稳定时间。因此，通过反映时间t以前的充放电历史记录的值、即合成电流值Iw(t)是否收敛在预先设定的值来判断二次电池2的充放电状态的过去的历史记录的影响变小的定时。
因此，再次返回到图2，若Iw(t)被计算，则判断计算出的Iw(t)的绝对值|Iw(t)|是否是预定的阈值范围Iw0内(S3)。所谓是阈值范围Iw0内，是指Iw(t)为±Iw0以内。阈值范围Iw0是根据二次电池2的充电状态值SOC是否能够通过简单的式子计算出的观点而定的，优选为尽量小的值。在图3的例子中，表示为Iw0＝0.2(A)。
接下来，将|Iw(t)|为阈值范围Iw0以下的时间t＝T设定为用于充电状态推断的推断用时间(S4)。该处理是通过充电状态推断装置10的推断用时间设定部15的功能来执行的。也就是说，考虑时间T为成为二次电池2的充电状态值SOC能够比较简单地计算出的定时的时间，使用此时的二次电池2的充放电电流值和端子间电压，推断二次电池2的开路电压值Voc，基于推断出的开路电压值Voc来推断充电状态值SOC。
|Iw(t)|为预定的阈值范围Iw0以下的时间T内的开路电压值Voc的推断是使用时间T内的端子间电压值V(T)、充放电电流值I(T)、该时间T内的二次电池2的内部电阻值R，基于式(2)来进行的。
【式2】
Voc＝V(T)-I(T)×R····(2)
时间T内的内部电阻值R是使用时间T内的端子间电压值V(T)、充放电电流值I(T)、时间T之前的取样时间(T-n)内端子间电压值V(T-n)、充放电电流值I(T-n)来计算的。式(3)中表示设为n＝1来计算的例子(S5)。该处理是通过充电状态推断装置10的内部电阻推断部16的功能来执行的。
【式3】
若时间T内的内部电阻值R通过式(3)而被计算，则能够使用该内部电阻值R，根据式(2)来计算时间T内的开路电压值Voc。若开路电压值Voc被计算，则进行充电状态值SOC的推断(S6)。该处理是通过充电状态推断装置10的充电状态推断部17的功能来执行的。
根据开路电压值Voc来推断充电状态值SOC是基于预先求出的表示所述开路电压值Voc与所述充电状态值SOC之间的关系的Voc-SOC关系来进行的。
图4是表示Voc-SOC关系的例子的图。Voc-SOC关系是在横轴取SOC，在纵轴取Voc的映射。若二次电池2的规格确定，则该映射能够实验求出。也就是说，SOC通过对针对二次电池2的充电电流值和放电电流值时时刻刻进行积分的电流累计法来求出，在该状态下，将停止充放电时的二次电池2的端子间电压设为Voc。通过使SOC变化来求出此时的Voc，从而能够得到图4那样的映射。
Voc-SOC关系能够在二次电池2被制造并出厂时的初始状态下，通过电流累计法来求出。然而，由于二次电池2的最大容量确定，因此不能在其以上进行充电。将该状态设为满充电状态，此时的充电状态值SOC是100％。例如，若将二次电池2设为将100个串联连接的锂离子单电池并联连接10组而成的电池，则在初始状态下，开路电压值Voc＝400V，满充电容量＝29Ah是充电状态值SOC＝100％。另外，该数字是用于说明的示例，也可以将除此以外的状态设为满充电。
若从初始状态起反复对二次电池2进行充放电，则满充电容量降低。例如，即使充电到二次电池2的上限电压，充电容量也降低为20Ah左右。该20Ah是二次电池2的运用后的满充电容量，运用后的二次电池2的充电状态值SOC将该20Ah的状态计算为SOC＝100％。这样，充电状态值SOC＝100％的满充电容量根据二次电池2的运用状态而变化。为了区别此，电池状态SOH被使用。这里SOH＝100％是二次电池2的初始状态下的满充电容量的状态，在上述的例子中，是29Ah的充电容量的时候。在二次电池2运用后，其满充电容量降低为20Ah时，充电容量＝20Ah的状态是其运用后的充电状态值SOC＝100％，但SOH＝(20Ah/29Ah)×100％＝69％。
这样，由于若对二次电池2反复充放电运用，则满充电容量降低，因此充放电运用后的Voc-SOC关系与初始状态的Voc-SOC关系不同。因此，作为Voc-SOC关系，优选与二次电池2的充放电运用条件一致地，针对每个充放电运用条件进行准备。实际上，由于二次电池2的充放电运用条件取决于充电电源6、放电负载7的要求，因此难以一致。以下，只要不特别指出，充电状态值SOC是使用初始状态的Voc-SOC关系来推断的值。
Voc-SOC关系能够存储在充电状态推断装置10的适当的存储器，在S6的处理时读出。Voc-SOC关系可以是针对二次电池2的，也可以是构成二次电池2的单电池的。在该情况下，能够将构成二次电池2的单电池的数量乘以单电池的Voc-SOC关系，来设为二次电池2的Voc-SOC关系。由于锂离子单电池的Voc-SOC关系根据其形状、规格等而不同，因此优选存储针对所使用的种类的锂离子单电池的Voc-SOC关系。
图4中将Voc-SOC关系作为映射来进行了说明，但若是将开路电压值Voc、充电状态值SOC的一个设为检索关键字，并读出剩余的样式，则也可以是上述所示的映射以外的样式。例如，也可以是将开路电压值Voc作为检索关键字来读出充电状态值SOC的检查表样式、式子等。或者，也可以是输入开路电压值Voc，输出充电状态值SOC的ROM样式。相反地，也可以是将检索关键字、输入设为充电状态值SOC，读出或者输出开路电压值Voc的样式。
作为二次电池2，针对将100个串联连接的锂离子单电池并联连接10组的电池，使用图3(c)，叙述了将t(16)设定为推断用时间T的情况。此时，在时间T，开路电压值V(T)＝380V，放电电流值I(T)＝-11A，在T之前的时间(T-n)，开路电压值V(T-n)＝382V，充电电流值I(T-n)＝+2A。根据式(3)，内部电阻值R＝{(380V-382V)/(-11A-2A)}＝{(-2V)/(-13A)}＝0.15Ω。使用式(2)，开路电压值Voc＝380V-(-11A)×0.15Ω＝380V+1.65V＝381.65V。通过使用图4的Voc-SOC关系，能够将其推断为充电状态值SOC＝70％。该充电状态值SOC以将二次电池2的满充电状态设为SOC＝100％为基准。另外，上述的数值是用于说明的一个例子，也可以是除此以外的数值。
再次返回到图2，若SOC推断被进行，则根据情况，推断其充放电运用中的SOH、残留容量(S7)。SOH、剩余量的推断能够如下进行。
在图3的例子中，示出了充电电流值为+2A，放电电流值逐渐增加的电流图案，但在实际的运用时，也存在成为不同的电流图案的情况。在那样的情况下，也能够针对使用从S1到S6的处理来总结出的另外的Voc，根据图4的Voc-SOC关系，来求出充电状态值SOC。
将这样求出的充电状态值SOC设为80％。另一方面，此外，通过电流累计部18来累计从上一次推断出SOC(＝70％)的定时起到接下来推断SOC(＝80％)的定时为止的电流值，能够得到推断SOC期间的电流累计值。作为例子，将此时的电流累计值设为2.8Ah。
再次返回到图2，电池状态值SOH的推断使用多个SOC的推断定时与其期间的电流累计值。在本例中，由于是SOC＝70％、SOC＝80％的推断结果，期间的电流累计值是2.8Ah，因此电池容量是2.8Ah/(80％-70％)＝28Ah，电池状态值SOH为28Ah/29Ah＝97％。此外，若此时的SOC＝80％，则残留容量为28Ah×80％＝22.4Ah。
这样，在针对不同的充放电运用状态、例如不同的运用时间，分别存在充电状态值SOC、SOH、残留容量的数据时，能够基于这些，推断从二次电池2的初始状态的充电状态值SOC起的容量变化值。通过该推断，电池状态值SOH被计算为容量维持率。这些处理是通过充电状态推断装置10的电池状态推断部19的功能来执行的。
这样，将使用了合成系数α的电流合成值|Iw(t)|是阈值范围Iw0内的时间设为推断用时间T，基于此时的端子间电压值、充放电电流值，能够推断Voc、SOC、SOH、残留容量。
这里，返回到图3，若将图3(b)与(c)进行比较，可知减小合成系数α的值来计算出的合成电流值Iw(t)为跨较长期间纳入时间t之前的充放电的历史记录的值。由于二次电池2是通过电化学反应来产生电动势和电流的，因此认为时间t时的充放电电流值I(t)、端子间电压值V(t)是接替了时间t以前的电化学反应的历史记录的值。因此，从产生电化学反应起到经过了适当的时间为止，二次电池2的充电状态都是不稳定的。因此，使用反映了电池的充放电历史记录的合成电流值Iw(t)，来判断过去的充放电历史记录的影响。在历史记录的影响较小的情况下，能够通过比较简单的式子来计算开路电压值Voc。
在图3(b)的α＝1/2的情况下，虽然在时间t(5)，Iw(t)为相当小的值，但到此为止的Iw(t)之间反映每1s的充放电，Iw(t)的变化在正负较大地变动。因此，认为二次电池2的充电状态在时间t(5)，过去的充放电历史记录的影响较大。与此相对地，在图3(c)的α＝1/32的情况下，在时间t(16)，Iw(t)为相当小的值，即使看到此为止的Iw(t)的变化，也是渐渐变成较小的值。因此，认为二次电池2的充电状态在时间t(16)，过去的充放电历史记录的影响较小。
这样，通过合成系数α，预想Voc的推断值的误差出现的大小。合成系数α优选对每个电池的种类预先进行充放电实验，设定推断误差与真正的值之间的差即误差较小的系数。
针对几个候补合成系数，将误差最小的候补合成系数设定为最小误差合成系数的合成系数设定能够如下进行。
首先，逐次累计到推断用时间T为止的充放电电流值来计算基于电流累计法的充电状态值SOC(S)。接下来，使用图4中说明的Voc-SOC关系来计算与充电状态值SOC(S)对应的开路电压值Voc(S)。图4中表示基于电流累计法的充电状态值SOC(S)和与其对应的开路电压值Voc(S)。
然后，针对几个候补合成系数，按照图4中说明的顺序、图3中说明的顺序，分别设定推断用时间T，分别计算开路电压值Voc并设为候补计算电压值Voc(A)。在图3的例子中，候补合成系数α是1/2和1/32这两个，各自的推断用时间T是t(5)和t(16)。
接下来，对各自的候补计算电压值Voc(A)与基于电流累计法的开路电压值Voc(S)之间的误差Δe进行比较。图4中表示了合成系数α是1/32的情况下的推断SOC所对应的推断Voc。这是合成系数α＝1/32的情况下的候补计算电压值Voc(A)。误差Δe成为VOC(S)与推断Voc之间的电压差。
图5至图8是针对合成系数α＝1/2、1/32、1/64、1/128，表示根据各种电流图案而得到的误差Δe与合成电流值Iw(t)的关系的图。在这些图中，横轴是Iw(t)，纵轴是推断Voc的误差Δe。
理想来讲，认为在Iw(t)＝0，应为误差Δe＝0，随着离开Iw(t)＝0，根据Iw(t)的大小，误差Δe增加。若以此观点比较图5至图8，在α＝1/2的情况下，误差Δe与Iw(t)无关地分散。认为这是由于为了强烈反映充放电电流值的变化，即使Iw(t)＝0，也容易出现较大误差Δe。若将α缩小为1/32、1/64、1/128，则Iw(t)＝0的误差Δe变小，随着离开Iw(t)＝0，根据Iw(t)的大小，误差Δe增加的趋势变得明显。
若针对α，比较1/32、1/64、1/128，则α＝1/32的针对Iw(t)的变化的误差Δe最小。因此，能够将α＝1/32设定为误差最小的最小误差合成系数。
由于合成系数α是表示在计算电流合成值Iw(t)时，什么程度地反映时间t之前的充放电历史记录的系数，因此认为是根据二次电池2的充放电中的电化学反应的内容，最小误差合成系数的值变化的系数。虽然图5至图8是评价了的二次电池2的图，但根据二次电池2的规格，最小误差合成系数不同。因此，若二次电池2的规格确定，优选进行上述的最小误差合成系数设定的处理，使用设定的最小误差合成系数，进行Voc、SOC、SOH、残留容量等的推断。
另外，如图6至图8所示，误差的分布存在倾向，若能够通过线形直线或其他函数等的曲线近似Iw(t)与误差Δe的关系，则也可以根据推断SOC时的合成电流值即Iw(t)的值，对Voc的计算值进行修正。
此外，使用本发明中说明的手法而得到的SOC、SOH的值在刚刚推断之后、周期性的更新定时，将根据用户的操作等而显示的值更新为最新的值，也考虑组入到具备使用户知道残留容量、容量维持率等的显示接口的装置。
此外，在设定最少误差的合成系数时，若受到温度、SOC、SOH的影响，则也可以根据条件保持多个合成系数α，根据充放电***1的运用条件来依次切换系数。
-符号说明-
1 (二次电池的)充放电***、2 二次电池、3 电流检测部、4 电压检测部、5 充放电控制部、6 充电电源、7 放电负载、10 (二次电池的)充电状态推断装置、11 充放电电流波形、12 端子间电压波形、13 电流值电压值获取部、14 电流合成值计算部、15 推断用时间设定部、16 内部电阻推断部、17 充电状态推断部、18 电流累计部、19 电池状态推断部。

Claims (5)

1.一种二次电池的充电状态推断装置，其推断在短时间内反复充放电的二次电池的充电状态值SOC，具备：
电流值电压值获取部，其在预定的取样间隔的时间获取所述二次电池的充放电电流值以及端子间电压值；
电流合成值计算部，其针对在时间t获取的所述充放电电流值I(t)，通过预定的电流合成方法，计算反映所述时间t之前的充放电状态的电流合成值Iw(t)；
推断用时间设定部，其将所述电流合成值Iw(t)为预定的阈值范围内的时间t设定为用于充电状态推断的推断用时间T，即t＝T；
内部电阻推断部，其基于所述推断用时间T内的所述二次电池的所述端子间电压值V(T)以及所述充放电电流值I(T)、将n设为1以上的自然数的所述推断用时间T之前的取样时间T-n内的所述二次电池的所述端子间电压值V(T-n)以及所述充放电电流值I(T-n)，推断所述二次电池的内部电阻值R；和
充电状态推断部，其基于所述推断用时间T内的所述二次电池的所述端子间电压值V(T)以及所述内部电阻值R，推断所述二次电池的开路电压值Voc，基于预先求出的表示所述开路电压值Voc与所述充电状态值SOC之间的关系的Voc-SOC关系，推断所述二次电池的所述充电状态值SOC。
2.根据权利要求1所述的二次电池的充电状态推断装置，其中，
所述电流合成值计算部使用预定的合成系数α，
将所述时间t内的所述电流合成值设为Iw(t)，将所述推断用时间T之前的取样时间T-n内的所述电流合成值设为Iw(T-n)，根据Iw(t)＝αI(t)+(1-α)Iw(T-n)来计算所述电流合成值。
3.根据权利要求2所述的二次电池的充电状态推断装置，其中，
所述合成系数α是基于所述二次电池的充放电特性而被设定的。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的二次电池的充电状态推断装置，其中，
具备容量变化值推断部，其基于针对不同的充放电运用时间的多个所述充电状态值SOC，推断从所述二次电池的初始状态的所述充电状态值起的容量变化值。
5.一种充电状态推断方法，其推断在短时间内反复充放电的二次电池的充电状态值SOC，其中，
在预定的取样间隔的时间获取所述二次电池的充放电电流值以及端子间电压值，
针对在时间t获取的所述充放电电流值I(t)，通过预定的电流合成方法，计算反映所述时间t之前的充放电状态的电流合成值Iw(t)，
将所述电流合成值Iw(t)为预定的阈值范围内的时间t＝T设定为用于充电状态推断的推断用时间，
基于所述推断用时间T内的所述二次电池的所述端子间电压值V(T)以及所述充放电电流值I(T)、将n设为1以上的自然数的所述推断用时间T之前的取样时间T-n内的所述二次电池的所述端子间电压值V(T-n)以及所述充放电电流值I(T-n)，推断所述二次电池的内部电阻值R，
基于所述推断用时间T内的所述二次电池的所述端子间电压值V(T)以及所述内部电阻值R，推断所述二次电池的开路电压值Voc，基于预先求出的表示所述开路电压值Voc与所述充电状态值SOC之间的关系的Voc-SOC关系，推断所述二次电池的所述充电状态值SOC。
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